(57)【要約】【課題】（ＢＨ）max１４０ｋＪ／ｍ3ラジアル磁気異方性磁石モータの実用化への障害要因は（１）既存磁石モータに対する価値（性能対コスト）の脆弱性、（２）減磁耐力などの耐久性、（３）静音性の悪化、停止位置精度の低下による。【解決手段】面内異方性層、面垂直異方性層、および必要に応じて周方向並びにラジアル方向異方性クラスターが混在する境界層からなる多層構造磁石において、面垂直異方性層側を磁極として多極着磁し、当該磁石の架橋間巨大分子の延伸による可撓性を利用して、面内並びに面垂直異方性の方向を、それぞれ周方向並びにラジアル方向に転換した多層構造多極磁石ロータとする。より好ましくは、多層構造磁石の厚さを１３５０μｍ以下、周方向並びにラジアル方向異方性層の（ＢＨ）maxが１４０ｋＪ／ｍ3以上、並びに周方向異方性層を非磁性部材で支持する。【選択図】図１
2006352941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向異方性層とラジアル異方性層からなる多層構造多極磁石ロータ。
【請求項２】
面内異方性層、垂直異方性層で構成した多層構造磁石において、垂直異方性層側を磁極として多極着磁し、当該磁石の架橋間巨大分子の延伸による可撓性を利用して、面内並びに垂直異方性の方向を、それぞれ周方向、並びにラジアル方向に転換した請求項１記載の多層構造多極磁石ロータ。
【請求項３】
周方向異方性層、周方向異方性とラジアル方向異方性クラスターが混在する境界層、ラジアル方向異方性層からなる多層構造多極磁石ロータ。
【請求項４】
面内異方性層、境界層、垂直異方性層で構成した多層構造磁石において、垂直異方性層側を磁極として多極着磁し、当該磁石の架橋間巨大分子の延伸による可撓性を利用して、面内並びに垂直異方性の方向を、それぞれ周方向、並びにラジアル方向に転換した請求項３記載の多層構造多極磁石ロータ。
【請求項５】
多層構造磁石の厚さを１３５０μｍ以下とした請求項１、３記載の多層構造多極磁石ロータ。
【請求項６】
周方向、並びにラジアル方向異方性層の最大エネルギー積（ＢＨ）maxが１４０ｋＪ／ｍ3以上である請求項１、３記載の多層構造の多極磁石ロータ。
【請求項７】
周方向異方性層を非磁性部材で支持した構成とした請求項１、３記載の多層構造多極磁石ロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は周異方性層、ラジアル異方性層、および必要に応じて周方向並びにラジアル方向異方性クラスターが混在した境界層を設けた多層構造多極磁石ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８５年、Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅらは（ＢＨ）max１１１ｋＪ／ｍ3のメルトスパン粉末をエポキシ樹脂で固めた（ＢＨ）max７２ｋＪ／ｍ3の等方性Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂボンド磁石を報告した［Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ，ｅｔ  ａｌ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，２１，１９５８，（１９８５）］（非特許文献１参照）。１９８６年に本発明者ら［特開昭６１−３８８３０］（特許文献１参照）、１９８８年、Ｔ．Ｓｉｍｏｄａにより前記磁石と小口径化すると配向磁界の低下によって（ＢＨ）maxが低下するラジアル磁気異方性Ｓｍ−Ｃｏ系ボンド磁石のモータ特性を比較し、前者が有用とした［Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔｓ  １９８８  ｕｐｄａｔｅ，Ｗｈｅｅｌｅｒ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅ  ＩＮＣ，（１９８８）］。その後、１９８９年Ｗ．Ｂａｒａｎ［Ｔｈｅ  ｅｕｒｏｐｅａｎ  ｂｕｓｉｎｅｓｓ  ａｎｄ  ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｏｕｔｌｏｏｋ  ｆｏｒ  ＮｄＦｅＢ  ｍａｇｎｅｔｓ，１１（１９８９）］、１９９０年Ｇ．Ｘ．Ｈｕａｎｇ［Ｇ．Ｘ．Ｈｕａｎｇ，ｅｔ  ａｌ，Ｐｒｏｃ．１１ｔｈ  Ｉｎｔ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，５８３，（１９９０）］。Ｈ．Ｋａｓａｉ  ［Ｙ．Ｋａｓａｉ，Ｐｏｌｙｍｅｒ
ｂｏｎｄｅｄ  ｍａｇｎｅｔｓ’９２，Ｅｍｂａｓｓｙ  Ｓｕｉｔｅ  Ｏ’Ｈａｒｅ−Ｒｏｓｅｍｏｎｔ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ，（１９９２）］らにより、ＰＭステッピングモータ、ＤＣモータ、ＢＬ（ブラシレス）モータの小型化、高出力化に等方性Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂボンド磁石が有用との報告が相次いでされた。よって、１９９０年代から、ＰＣおよびその周辺機器を中心とした小型モータの高性能化のための磁石として（ＢＨ）max〜８０ｋＪ／ｍ3の等方性Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂボンド磁石が広く普及した［Ｓ．Ｈｉｒｏｓａｗａ，ｅｔ
ａｌ，Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．Ｊａｐａｎ，２１，１６０（１９９７）］（非特許文献２、３、４、５、６参照）。
【０００３】
しかし、仮に小口径化してもラジアル方向の（ＢＨ）maxが低下せず、且つ高い生産性が実現すればモータの更なる高出力化、小型軽量化、薄型化、低消費電流化、省資源化などのために高（ＢＨ）maxラジアル異方性磁石のモータへの応用と普及が期待される。
上記背景に鑑み、本発明者らは希土類磁石粉末を固定するオリゴマーとポリマーとをケミカルコンタクトで自己組織化し、架橋間巨大分子を含む垂直磁気異方性薄板磁石を作製し、延伸による架橋間巨大分子の配向で生じる可撓性を制御し、面垂直方向からラジアルに異方性の方向を転換する希土類ボンド磁石の作製法を試みた。例えばＲＤ（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）−Ｓｍ2Ｆｅ17Ｎ3微粉末［Ａ．Ｋａｗａｍｏｔｏ，Ｔ．Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｓ．Ｙａｓｕｄａ，Ｋ．Ｔａｋｅｙａ，Ｋ．Ｉｓｈｉｚａｋａ，Ｔ．Ｉｓｅｋｉ，Ｋ．Ｏｈｍｏｒｉ，“Ｓｍ2Ｆｅ17Ｎ3  ｍａｇｎｅｔ  ｐｏｗｄｅｒ
ｍａｄｅ  ｂｙ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３５，ｐｐ．３３２２−３３２４，（１９９９）］でＨＤＤＲ−（Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ，Ｄｉｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｔｉｏｎ，Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｎｄ  Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）−Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ粒子［Ｔ．Ｔａｋｅｓｈｉｔａ，ｅｔ  ａｌ，Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ｔｈｅ  １０ｔｈ  Ｉｎｔ．ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｋｙｏｔｏ，ｖｏｌ．１，５５１（１９８９）］を隔離しながら、既存の熱硬化性樹脂成形材料と同等の２０〜５０ＭＰａの低圧力で圧縮成形すると、結合剤を含む相対密度９８％以上のフル密度薄板磁石が得られた。とくに、
この方法では、成形加工でのＨＤＤＲ−Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ粒子の新生面や表面欠陥の生成が抑制され、１５０ｋＪ／ｍ3を越える（ＢＨ）maxが得られると共に、１２０℃までの初期不可逆減磁率が異方性Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂボンド磁石の１／２以下まで良化される［例えば、山下文敏、堤慎一、豊田英嗣、福永博俊、“分子鎖配向を利用したラジアル異方性希土類ボンド磁石”，電気学会（Ａ）基礎材料共通部門誌、Ｖｏｌ．１２４，Ｎｏ．１０，ｐｐ．８５７−８６２（２００４）］（例えば、特許文献７、８、９参照）。
【特許文献１】特開昭６１−３８８３０号公報
【非特許文献１】Ｒ．Ｗ．Ｌｅｅ，ｅｔ  ａｌ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，２１，１９５８，（１９８５）
【非特許文献２】Ｔ．Ｓｉｍｏｄａ[Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔｓ  １９８８  ｕｐｄａｔｅ，Ｗｈｅｅｌｅｒ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅ  ＩＮＣ，（１９８８）]
【非特許文献３】Ｗ．Ｂａｒａｎ［Ｔｈｅ  ｅｕｒｏｐｅａｎ  ｂｕｓｉｎｅｓｓ  ａｎｄ  ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｏｕｔｌｏｏｋ  ｆｏｒ  ＮｄＦｅＢ  ｍａｇｎｅｔｓ，１１（１９８９）］
【非特許文献４】Ｘ．Ｈｕａｎｇ［Ｇ．Ｘ．Ｈｕａｎｇ，ｅｔ  ａｌ，Ｐｒｏｃ．１１ｔｈ  Ｉｎｔ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，５８３，（１９９０）］
【非特許文献５】Ｈ．Ｋａｓａｉ［Ｙ．Ｋａｓａｉ，Ｐｏｌｙｍｅｒ  ｂｏｎｄｅｄ  ｍａｇｎｅｔｓ’９２，Ｅｍｂａｓｓｙ  Ｓｕｉｔｅ  Ｏ’Ｈａｒｅ−Ｒｏｓｅｍｏｎｔ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ，（１９９２）］
【非特許文献６】Ｓ．Ｈｉｒｏｓａｗａ，ｅｔ  ａｌ，Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．Ｊａｐａｎ，２１，１６０（１９９７）
【非特許文献７】Ａ．Ｋａｗａｍｏｔｏ，Ｔ．Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｓ．Ｙａｓｕｄａ，Ｋ．Ｔａｋｅｙａ，Ｋ．Ｉｓｈｉｚａｋａ，Ｔ．Ｉｓｅｋｉ，Ｋ．Ｏｈｍｏｒｉ，“Ｓｍ2Ｆｅ17Ｎ3  ｍａｇｎｅｔ  ｐｏｗｄｅｒ  ｍａｄｅ  ｂｙ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３５，ｐｐ．３３２２−３３２４，（１９９９）
【非特許文献８】Ｔ．Ｔａｋｅｓｈｉｔａ，ｅｔ  ａｌ，Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ｔｈｅ  １０ｔｈ  Ｉｎｔ．ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｋｙｏｔｏ，ｖｏｌ．１，５５１（１９８９）
【非特許文献９】山下文敏、堤慎一、豊田英嗣、福永博俊、“分子鎖配向を利用したラジアル異方性希土類ボンド磁石”，電気学会（Ａ）基礎材料共通部門誌、Ｖｏｌ．１２４，Ｎｏ．１０，ｐｐ．８５７−８６２（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明にかかる多層構造多極磁石ロータで不可欠な可撓性を有する厚膜磁石の研究開発の現況はＪ．Ｔｏｐｆｅｒらの厚さ４００−８００μｍ、（ＢＨ）max４０ｋＪ／ｍ3がある［Ｊ．Ｔoｐｆｅｒ，Ｂ．Ｐａｗｌｏｗｓｋｉ，“Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ  ｍａｇｎｅｔ  ｔｈｉｃｋ  ｆｉｌｍ”，ＩＣＭ  ２００３−Ｒｏｍａ，Ｉｔａｌｙ，（２００３），５Ｐ−ｐｍ−０６］。しかし、フェライト焼結磁石並の（ＢＨ）maxで、８０ｋＪ／ｍ3の等方性Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ磁石に及ばず、当該磁石モータの高性能化には、例えば（ＢＨ）max≧１４０ｋＪ／ｍ3の磁石が必要である。
【０００５】
上記理由は、異なる磁石の（ＢＨ）maxの比の平方根がモータにおける磁石と鉄心との空隙磁束密度の概ねの比となるためである。例えば（ＢＨ）maxが１４０と８０ｋＪ／ｍ3の磁石では空隙磁束密度の比は略１．３２倍と予測される。
【０００６】
本発明者らは、１４０ｋＪ／ｍ3を越える（ＢＨ）maxとともに、１２０℃までの初期不可逆減磁率が異方性Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂボンド磁石の１／２以下、等方性Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ磁石並まで良化したラジアル磁気異方性磁石［例えば、山下文敏、“自己組織化ラジアル異方性希土類ボンド磁石の作製とその特性”日本応用磁気学会誌，Ｖｏｌ．２９，ｐｐ．１８５−１９１（２００５）］を、例えば１５−５０Ｗの家電空調機器、情報関連エネルギー消費機器に使用されるようなラジアル異方性磁石モータとして検討したが実用化に至っていない。
【０００７】
実用化の障害要因は、（１）既存磁石に比べたモータ価値（性能対コスト）の脆弱性、（２）１２０℃での逆磁界に対する減磁耐力などの耐久性、（３）コギングトルク増大に伴う騒音振動の増加など静音性の悪化、或いは停止位置精度の低下などが挙げられる。
【０００８】
なお、コギングトルクとは磁石と対向する鉄心の外周表面にティースとスロットが存在するためロータの回転に伴って鉄心とのパーミアンス係数Ｐｃが変化することによるトルク脈動である。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、例えば１５−５０Ｗ家電空調、情報関連エネルギー消費機器に使用されるようなモータに対するラジアル異方性磁石適用への障害を技術的に排除し、省電力化、小型化した新形態の磁石モータの普及による社会貢献にある。
【００１０】
具体的には、（１）磁石の多層化による希土類磁石粉末のモータへの投入量削減による価格競争力の強化、（２）１００〜１２０℃高温暴露下の逆磁界による減磁耐力を高めることができる高パーミアンス化、（３）静音化や位置制御の高精度化のために空隙磁束密度分布の正弦波状化、（４）モータ損失削減など高効率化によるラジアル異方性磁石モータのモータ価値（性能対コスト）の脆弱性を排除することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は周方向異方性層、ラジアル異方性層、および必要に応じて周方向異方性とラジアル方向異方性クラスターが混在する境界層を設けた多層構造多極磁石ロータである。
【００１２】
本発明は面内異方性層、面垂直異方性層、および必要に応じて周方向並びにラジアル方向異方性クラスターが混在する境界層からなる多層構造磁石において、面垂直異方性層側を磁極として多極着磁し、当該磁石の架橋間巨大分子の延伸による可撓性を利用して、面内並びに面垂直異方性の方向を、それぞれ周方向、並びにラジアル方向に転換した構成の多層構造多極磁石ロータである。
【００１３】
より好ましくは、多層構造磁石の厚さを１３５０μｍ以下、周方向並びにラジアル方向異方性層の（ＢＨ）maxが１４０ｋＪ／ｍ3以上、並びに周方向異方性層を非磁性部材で支持した多層構造多極磁石ロータとする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の周方向磁化、並びにラジアル方向磁化、および必要に応じて周方向異方性とラジアル方向異方性クラスターが混在する境界層を設けた構成の多層構造多極磁石ロータはハルバッハ磁石ロータのように、磁石の内径と外径との比が０．４を越えても、周方向磁化成分の効果によって発生磁束密度の減少や、その磁束密度分布が変化しにくい構造とすることができる。このため、多層構造磁石の薄肉（厚膜）化が可能となり、結果として高価な希土類磁石材料の投入量の削減による省資源化、価格競争力の強化が図れる。また、磁極中心からの磁路が長くなるため、高パーミアンス化が図れる。したがってモータの高出力化や減磁耐力の向上が図れる。加えて、表面磁束密度分布が正弦波状となるため、静
音化や位置制御の高精度化が図れる。
【００１５】
以上のように、本発明にかかる（ＢＨ）max≧１４０ｋＪ／ｍ3で、しかも周方向磁化を含む多層構造という新形態の多層構造多極磁石ロータは、とくに１５−５０Ｗの家電空調機器、情報関連エネルギー消費機器などに使用されるモータの小型化、高効率化による省資源、省エネルギー促進への貢献が期待できる。
【００１６】
なお、実施例ではＳｍ2Ｆｅ17Ｎ3／Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ多層構造磁石を基に多層構造多極磁石ロータを開示したが、例えばＳｍ2Ｆｅ17Ｎ3の代替としてＳｍＣｏ5系微粉末など、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂの代替としてＳｍ2ＴＭ17（ＴＭはＣｏ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｒなどの遷移金属）粒子などを適用できるのは言うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明にかかる多層構造磁石の概念図である。ただし、図中の独立した六角形は、例えば単磁区粒子型のＳｍ2Ｆｅ17Ｎ3微粉末の結晶粒、集合した六角形は多結晶集合型Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ粒子の結晶粒を表し、それらに示す矢印は磁化容易軸とその方向を示している。また、図中１は面内異方性層、２は境界層、２−１と２−２は面内並びに面垂直異方性クラスター、３は面垂直異方性層、Ｘは延伸方向を示している。
【００１９】
本発明は、例えば、面内異方性層１、面内並びに面垂直異方性クラスター２−１および２−２が混在する境界層２、面垂直異方性層３を配した３層構造で全体の厚さが９００μｍ程度の多層構造磁石０である。或いはまた、境界層２をなくし、面垂直異方性層１と面垂直異方性層３とで多層構造磁石０とした構成であっても差支えない。
【００２０】
本発明にかかる上記のような多層構造磁石０は結合剤の自己組織化によって生成した架橋間巨大分子を含ませる。そして、多層構造磁石０に含まれる架橋間巨大分子を、例えば図中のＸ方向に延伸する。
【００２１】
図２は圧延による架橋間巨大分子の延伸の概念図である。図中０は圧延前の多層構造磁石、０’は圧延後の多層構造磁石、Ｒは等速圧延ロール、Ｘは延伸方向を表している。このような圧延により面内並びに面垂直異方性の方向を、それぞれ周方向、並びにラジアル方向に転換するには、例えば３〜５％の圧下率でよい。また、多層構造磁石０の厚さを１３５０μｍ以下とすると（ＢＨ）maxに代表される磁気特性を維持することができる。
【００２２】
図３は多層構造磁石０の多極着磁の概念図である。図において、１は面内異方性層、２は境界層、３は面垂直異方性層、ＮとＳは多極着磁した磁極、＝は磁化容易軸とその方位、→は多極着磁磁石内の磁化分布を示す。図のように、本発明にかかる多層構造磁石０が面垂直異方性層３、境界層２、面内異方性層１で構成した場合、磁極Ｎ、Ｓは面垂直異方性層３側に設ける。そして、磁極Ｓから３→２→１→２→３を伝って磁極Ｎに向かうように磁化する。すると、磁極Ｎ、Ｓの中心の磁路が最長となり、磁極Ｎ、Ｓの中心から外れるにしたがって磁路が短く、表面磁束密度分布は正弦波状に近づく。
【００２３】
以上のような正弦波状の磁化分布をもつ多層構造多極磁石における好適な多極着磁方法としては、多極着磁した後に、面内並びに面垂直異方性の方向を、それぞれ周方向、並びにラジアル方向に転換することが望ましい。
【００２４】
上記のような本発明にかかる多層構造磁石の具体的な多極着磁について以下に図面を用いて詳しく説明する。
【００２５】
図４は多極着磁ヨークにより発生する面内方向パルス磁界成分Ｈｘと垂直方向パルス磁界成分Ｈｙの分布を示す特性図である。ただし、磁極間距離８．６ｍｍ、磁極幅１．７ｍｍに励磁巻線（導体径２ｍｍ×４ｔｕｒｎ／ｃｏｉｌ）を配置した平面着磁器に通電（波高値Ｉｐ２５ｋＡ）して発生させたパルス磁界分布である。
【００２６】
図４のように各磁極の中心は垂直異方性層３に作用する垂直方向着磁界Ｈｙがピークとなり、その値は約２．５ＭＡ／ｍに達する。一方、磁極間では面内異方性層１に作用するＨｘがＨｙを上回り、その値は１．５ＭＡ／ｍを越えると見積もられる。
【００２７】
図５は本発明にかかるＳｍ2Ｆｅ17Ｎ3／Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ多層構造磁石０と等方性Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ磁石の（ＢＨ）maxの着磁界ＭＡ／ｍ依存性を示す特性図である。図のようにＳｍ2Ｆｅ17Ｎ3／Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ多層構造磁石０の各層においてＣ軸が磁化（多極着磁）方向と角度θをなす場合は、角度θに応じて当該磁石の保磁力（約１ＭＡ／ｍ）の１／ｃｏｓθ倍の着磁界Ｈｍが必要となる。しかしながら、磁化容易軸（Ｃ軸）方向の磁化、すなわち各層における異方性方向への磁化では着磁界Ｈｍが約１．４ＭＡ／ｍ以上で（ＢＨ）max１４０ｋＪ／ｍ3を越える磁化が得られる。それらの値は等方性Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ磁石の（ＢＨ）max約８０ｋＪ／ｍ3の１．７５〜２倍に達する。加えて、多極着磁の磁路は面内方向（最終的には周方向）磁化によるものであるから、パーミアンス係数は等方性Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ磁石に比べて高く、更に高い磁束が正弦波状の分布で得られるのである。
【００２８】
以上のように多極着磁方法を最適化すれば、図３のような本発明にかかる多層構造磁石０の多極着磁状態が得られる。
【００２９】
なお、磁極数と磁極間距離はモータ設計思想に委ねられる。
【００３０】
上記のような多極着磁を施した多層構造磁石０の面内並びに面垂直異方性の方向を、本発明では、それぞれ周方向、並びにラジアル方向に転換し、例えば回転軸を備えた非磁性部材に固定した構成の多層構造多極磁石ロータとする。
【００３１】
図６は、従来のラジアル異方性磁石モータ（ａ）、ハルバッハ磁石モータ（ｂ）との比較において、本発明にかかる８極の多層構造多極磁石ロータ（ｃ）を鉄心と組合せた新形態の磁石モータの断面構造図を示す。図において、４ａ−１はラジアル異方性磁石、４ｂ−１はハルバッハ磁石、４ｃ−１は多極着磁した後、面内並びに面垂直異方性の方向を、それぞれ周方向、並びにラジアル方向に転換した構成の多層構造磁石である。また、４ａ−２、４ｂ−２、４ｃ−２は固定子鉄心、４ｂ−３は軟磁性材でラジアル異方性磁石のバックヨークを示している。
【００３２】
図６  （ａ）のラジアル異方性磁石モータに比べ、（ｂ）のハルバッハ磁石モータは同じ磁石材質で表面磁束密度のピーク値を約１．５倍に高めることができる。また、表面磁束密度分布が（ａ）の矩形波に比べて正弦波状となるために、（ｂ）は理想的な磁石ロータに近づく。しかし、ハルバッハ磁石モータ（ｂ）はロータの磁極数８の場合、磁石内径と外径との比が０．４を越えると磁石が発生する磁束密度は減少し始め、その比が約０．８でラジアル異方性磁石に対する優位性は消滅する［Ｋ．Ａｔａｌｌａｈ  ａｎｄ  Ｄ．Ｈｏｗｅ，“Ｔｈｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈａｌｂａｃｈ  Ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ  ｔｏ  Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  ＡＣ  Ｓｅｒｖｏ  Ｍｏｔｏｒｓ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．  Ｖｏｌ．３４．  Ｎｏ．４，  ｐｐ．２０６０−２０６３（１９９８）］。
【００３３】
本発明が対象とする、例えば、家電空調機器や情報関連エネルギー消費機器に使われる
ような１５−５０Ｗ磁石モータにおいて、例えば磁極数８のロータ磁石の外径を５０ｍｍとした場合、理想的なハルバッハ磁石モータとするには磁石内径は約２０ｍｍ、磁石厚さは約１５ｍｍが必要となる。また、ラジアル異方性磁石と比較したとき、同一磁束密度を得るには磁石内径は約４０ｍｍ、磁石厚さは約５ｍｍが必要である。このような場合、工業的な普及を考慮すると周知のように磁石材料が比較的廉価な（ＢＨ）max１６ｋＪ／ｍ3程のフェライト射出成形磁石では経済性との整合を考慮しても磁石投入量に比較的余裕がある。したがって磁石肉厚約５〜１５ｍｍの設計であっても採用は可能である。しかし、周知のように、フェライトに比べると価格が概ね１０倍以上と見積もれる高価な希土類磁石材料の場合は経済との整合性が極めて乏しい。すなわち、ハルバッハ磁石本来の性能をモータの性能として引出すには磁石材料投入量を減らせない。このために、とくに価格競争の激しい、例えば家電空調機器や情報関連エネルギー消費機器に使われるような１５−５０Ｗ磁石モータ分野では経済との整合性から高価な希土類磁石材料が敬遠されるのである。
【００３４】
ところが、本発明にかかる図６（ｃ）は回転軸側に周方向磁化、並びに鉄心側にラジアル方向磁化した構成の多層構造多極磁石ロータである。加えて、必要に応じて周方向異方性とラジアル方向異方性クラスターが混在する境界層を設けることもできる。したがって、図６（ｂ）のハルバッハ磁石ロータのように、磁石の内径と外径との比が０．６〜０．８を越えても、周方向磁化成分の効果によって発生磁束密度の減少や、当該磁束密度分布が変化しにくい構造とすることができる。
【００３５】
以上のように、本発明にかかる多層構造多極磁石ロータは当該多層構造磁石０の薄肉（厚膜）化が可能となり、結果として高価な希土類磁石材料の投入量削減による省資源化、価格競争力の強化が図れる。また、磁極中心からの磁路が長くなるため、高パーミアンス化が図れる。したがってモータの高出力化や逆磁界、或いは高温暴露における減磁耐力の向上が図れる。加えて、表面磁束密度分布が正弦波状となるため、静音化や位置制御の高精度化が図れるなどの特徴がある。
【００３６】
以上のように、本発明にかかる（ＢＨ）max≧１４０ｋＪ／ｍ3、しかも多層構造という新形態の多層構造多極磁石ロータの提供は、とくに価格競争の激しい１５−５０Ｗの家電空調機器、情報関連エネルギー消費機器に使用されるモータの小型化、高効率化による省資源、省エネルギーの促進にとって革新的な技術であることが了解される。
【００３７】
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明する。ただし、本発明はここに開示する実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３８】
以下、本発明にかかる面内異方性層、垂直異方性層で構成した多層構造磁石について記述する。
【００３９】
ただし、異方性希土類磁石粉末は粒子径３８〜１５０μｍの多結晶集合型ＨＤＤＲ−Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ、粒子径３〜５μｍの単磁区粒子型ＲＤ−Ｓｍ2Ｆｅ17Ｎ3を使用した。また、結合剤のうち磁石粉末固定成分としてのオリゴマーはエポキシ当量２０５〜２２０ｇ／ｅｑ、融点７０−７６℃のノボラック型エポキシ、架橋間巨大分子を形成するポリマーには融点８０℃、分子量４０００〜１２０００のポリアミド、ケミカルコンタクトは融点８０〜１００℃のイミダゾール誘導体、また、滑剤として融点約５２℃のペンタエリスリトールＣ１７トリエステルを使用した。これは、１分子中１つの水酸基（−ＯＨ）、炭素数１６のヘキサデシル基（−（ＣＨ2）16ＣＨ3）を３つ有するから成る。極性基はポリマーとの相溶性、ヘキサデシル基は磁石粉末間や成形型壁面との潤滑を見込んでいる。
【００４０】
グラニュールコンパウンドはオリゴマー１重量％で表面処理したＲＤ−Ｓｍ2Ｆｅ17Ｎ3３８．２０重量％、並びにオリゴマー０．５重量％で表面処理したＨＤＤＲ−Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ５７．４４重量％をポリマー２．８０重量％並びに滑剤０．２８重量％の融点以上（１２０℃）で溶融混練し、室温に冷却後、３５０μｍ以下に粗粉砕したのち、室温でケミカルコンタクト０．２８重量％を乾式混合したものである。
【００４１】
次に、上記グラニュールコンパウンドを１６０℃に加熱し、１．４ＭＡ／ｍ以上の直交磁界（または平行磁界）中、滑りを伴う溶融流動状態で５０ＭＰａで圧縮し、厚さ約４５０μｍ、密度５．８〜５．９７Ｍｇ／ｍ3、（ＢＨ）max≧１４０ｋＪ／ｍ3の面内異方性、または面垂直異方性厚膜磁石を作製した。
【００４２】
続いて、上記面内並びに面垂直異方性厚膜磁石を重ね合わせ、１８０℃、１０ＭＰａで２０ｍｉｎ程度の加熱加圧により、本発明にかかる架橋間巨大分子を含む面内異方性層、垂直異方性層で構成した平均厚さ約９００μｍの多層構造磁石を作製した。
【００４３】
以上のように、本発明にかかる多層構造磁石は面内異方性並びに面垂直異方性厚膜磁石を直接重ね合わせて加熱加圧することで容易に得られる。
【実施例２】
【００４４】
以下、本発明にかかる面内異方性層、境界層、垂直異方性層で構成した多層構造磁石について記述する。実施例１と同一のグラニュールコンパウンドを１６０℃に加熱し、１．４ＭＡ／ｍ以上の直交磁界（または平行磁界）中、滑りを伴う溶融流動状態で５０ＭＰａで圧縮し、厚さ４５０μｍ、密度５．８〜５．９７Ｍｇ／ｍ3、（ＢＨ）max≧１４０ｋＪ／ｍ3の面内（または面垂直）異方性厚膜磁石を作製した。
【００４５】
次に、面内（または面垂直）異方性厚膜磁石を成形型キャビティ底面に収納し、その上面に前記厚膜磁石と同一重量のグラニュールコンパウンドを充填し、１６０℃に加熱し、１．４ＭＡ／ｍ以上の直交磁界（または平行磁界）中、滑りを伴う溶融流動状態で５０ＭＰａで圧縮し、その後、１８０℃、１０ＭＰａで２０ｍｉｎ程度の加熱加圧により、本発明にかかる架橋間巨大分子を含む面内異方性層、境界層、垂直異方性層で構成した平均厚さ９００μｍの多層構造磁石を作製した。
【００４６】
境界層は面垂直（または面内）方向に配向したグラニュールコンパウンドの一部が、予めキャビティ底面に収納され、加熱により軟化状態にある面内（または面垂直）異方性厚膜磁石の表面から内部に圧縮力によって押込まれることによって生成される。
以上のように、本発明にかかる多層構造磁石は面内（または面垂直）異方性厚膜磁石に方向が異なる配向磁界中でグラニュールコンパウンドを成形することで容易に得られる。
【実施例３】
【００４７】
実施例１、２で得た本発明にかかる厚さ約９００μｍの多層構造磁石を図２に示すように圧延した。圧下率約４％、厚さ約８６０μｍのとき、磁石に含まれる架橋間巨大分子の延伸効果で圧延方向に発現した可撓性であれば、面内並びに垂直異方性の方向を、それぞれ周方向、並びにラジアル方向に転換できることが確かめられた。
【実施例４】
【００４８】
実施例３で得た可撓性を付与した本発明にかかる厚さ約８６０μｍ多層構造磁石の面垂直異方性層側から磁極間距離８．６ｍｍ、磁極幅１．７ｍｍに励磁巻線（導体径２ｍｍ×４ｔｕｒｎ／ｃｏｉｌ）を配置した平面着磁器に通電（波高値Ｉｐ２５ｋＡ）し、パルス磁化した。その後、面内並びに垂直異方性の方向を、それぞれ周方向、並びにラジアル方向に転換し、回転軸を備えた非磁性部材に固定することで本発明にかかる直径５０．３ｍ
ｍ、長さ２４ｍｍの多層構造多極磁石ロータとした。
【００４９】
表１は図６に示した従来の磁石ロータと比較した本発明にかかる多層構造多極磁石ロータの特徴をまとめたものである。
【００５０】
【表１】
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ただし、表１に示す○×は相対比較で○は優位性が高いことを表している。また、比較例１の磁石の内外径比に関しては、本発明にかかる多層構造多極磁石ロータに準じて作製すれば、厚さ約８６０μｍのラジアル異方性磁石が作製できるため、当該磁石ロータの磁石の内外径比を０．９６５とした。加えて、ハルバッハ磁石ロータは磁極数４〜１２において、前記ラジアル異方性磁石ロータと同等以上の磁束密度が得られる磁石の内外径比０．６〜０．８とした［Ｋ．Ａｔａｌｌａｈ  ａｎｄ  Ｄ．Ｈｏｗｅ，“Ｔｈｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈａｌｂａｃｈ  Ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ  ｔｏ  Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  ＡＣ  Ｓｅｒｖｏ  Ｍｏｔｏｒｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．Ｖｏｌ．３４．Ｎｏ．４，ｐｐ．２０６０−２０６３（１９９８）］。
【００５１】
以上のように、本発明にかかる多層構造多極磁石ロータは図６、表１から明らかなように従来のラジアル異方性磁石ロータ、並びにハルバッハ磁石ロータの欠点を排除し、両者の利点を集約したことが特徴であることが判る。
【実施例５】
【００５２】
本発明者らは直径５０．３ｍｍで（ＢＨ）ｍａｘと配向の異なる磁石ロータを作製し、それらのモータ効率ηの比較を公表している［Ｆ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ，Ａ．Ｗａｔａｎａｂｅ  Ｈ．Ｆｕｋｕｎａｇａ，“Ｈｉｇｈｌｙ−Ｄｅｎｓｅ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ−Ｂａｓｅｄ  Ｂｏｎｄｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ  Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ  Ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  Ｐｏｗｄｅｒ
Ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓ”，ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，Ｖｏｌ．３９，ｐｐ．２８９６−２８９８（２００３）］。
【００５３】
表２は上記（ＢＨ）ｍａｘと配向の異なる磁石ロータを比較例１〜３として、本発明にかかる実施例４の多層構造多極磁石モータの主な仕様をモータ効率ηと一括して示す。ただし、モータ仕様は１２スロット、８極数、３相であり、ロータ磁石と鉄心との空隙距離は０．５ｍｍ、モータ効率ηはトルク５５０ｍＮｍでの値である。
【００５４】
先ず、表２の結果から比較例２のハルバッハ磁石を基準として異なる磁石の（ＢＨ）ｍａｘとモータ効率ηとの関係を整理する。磁石と鉄心で構成したモータ磁気回路が同じであるとき、異なる磁石の（ＢＨ）max比の平方根Ｘは、概ね空隙磁束密度の比を表わす。よって、図７（ａ）に（ＢＨ）maxの比の平方根Ｘとモータ効率ηの関係を示す。すると図のように比較例１〜３ではη＝４．８６６７Ｘ＋７４．１３７なる直線近似（相関係数＝１）が成り立つ。そこで、直線近似を外挿して本発明例の多層構造多極磁石ロータのモータ効率ηと比較すると、明らかに外挿線よりも高効率側に位置付けられる。
【００５５】
一方、磁石投入量Ｃとモータ効率ηの関係を図７（ｂ）に示す。図のように磁石投入量
Ｃとモータ効率ηの関係は本発明例を含む全ての例において、η＝７９．９３７Ｃ-0.0747（相関係数＝０．９９１４）なる累乗近似が成り立つことが判る。
【００５６】
以上のような、図７（ａ）（ｂ）から本発明にかかる多層構造多極磁石ロータの特徴をまとめると、多層構造多極磁石ロータは既存磁石と磁極間距離が同じであれば磁石投入量を削減しても図３のような高パーミアンス多極磁化パターンが維持される。このため、表２のように、磁石投入量を等方性Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ磁石の１／２、或いはラジアル異方性Ｓｍ2Ｆｅ17Ｎ3／Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ磁石の２／３に抑制しても、高パーミアンスの効果によって（ＢＨ）max比の平方根以上の空隙磁束密度が得られる。このことが比較例で示した既存磁石モータに比べ、磁石投入量の削減とモータ高効率化とを両立させる主因であると結論付けられる。
【００５７】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の周方向磁化、並びにラジアル方向磁化、および必要に応じて周方向異方性とラジアル方向異方性クラスターが混在する境界層を設けた構成の多層構造多極磁石ロータは、モータの高出力化、減磁耐力の向上、静音化、位置制御の高精度化により、とくに１５−５０Ｗの家電空調機器、情報関連エネルギー消費機器などに使用されるモータの小型化、高効率化による省資源、省エネルギー促進に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】多層構造磁石の概念図
【図２】架橋間巨大分子の延伸の概念図
【図３】多層構造磁石の多極着磁の概念図
【図４】面内、垂直方向磁界成分分布の特性図
【図５】（ＢＨ）maxの着磁界依存性を示す特性図
【図６】各モータの構造図（ａ）ラジアルを示す図、（ｂ）ハルバッハを示す図、（ｃ）多層構造を示す図
【図７】（ａ）（ＢＨ）max比の平方根とモータ効率の関係を示す特性図、（ｂ）磁石投入量とモータ効率の関係を示す特性図
【符号の説明】
【００６０】
１  面内異方性層
２  境界層
２−１、２−２  面内並びに面垂直異方性クラスター
３  面垂直異方性層
Ｘ  延伸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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